Fuerza y movimiento

Qué entendemos por fuerza

El movimiento real de los cuerpos se debe a fuerzas o pares. En términos sencillos, una fuerza se define como algo que empuja o arrastra, a veces por contacto directo o a veces por una acción como la de la gravedad, la atracción magnética, etc.

Una manera un poco más precisa de decirlo sería ésta: fuerza es todo agente capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de cambiar la forma del mismo. Los efectos que producen son cambio en su cantidad de movimiento y cambio en la forma.

Esta definición excluye a «fuerzas» como la inercia o las llamadas «fuerzas» centrífuga y centrípeta.

Un par es el efecto de rotación o giro producido por dos fuerzas iguales de dirección opuesta que actúan a cierta distancia entre sí.

No todas las fuerzas producen el movimiento de los cuerpos. Imagina un cuerpo en movimiento; si le aplicamos una fuerza en sentido contrario al de su movimiento podemos disminuir su velocidad e incluso detenerlo. Todos los cuerpos están sujetos a la acción de fuerzas y cuando no se mueven se dice que se encuentran en equilibrio.

Dirección y magnitud

Una fuerza es una cantidad vectorial; es decir, tiene dirección además de magnitud. Se acostumbra representar un vector con una flecha que apunta en la dirección de la fuerza y de longitud proporcional a la magnitud de la misma.

La unidad del sistema internacional (SI) que se usa para expresar la magnitud de una fuerza es el Newton (N). Por lo común en ingeniería se usa el kilogramo fuerza.

Dinámica

En dinámica estudiamos la combinación de fuerzas y movimientos. Las leyes básicas que gobiernan el efecto de las fuerzas en el movimiento de las partículas las definió Isaac Newton como sigue:

1. Un cuerpo sobre el cual no actúan fuerzas externas tiene una aceleración igual a cero.
2. Un cuerpo sobre el cual actúa una fuerza experimenta una acelaración proporcional a la misma e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
3. A toda acción se opone otra igual y contraria, llamada reacción.

Impulso y cantidad de movimiento

Se llama impulso mecánico (I) de una fuerza al producto de la fuerza (F) por el tiempo (t) en que actúa. Si la fuerza es constante durante dicho tiempo, matemáticamente se expresa el impulso como fuerza × tiempo. O sea: I = F × t.

Cantidad de movimiento (o moméntum)

Las colisiones son parte de la vida diaria. Hay dos tipos de colisiones: las elásticas y las inelásticas. La cantidad de movimiento (p) refleja el efecto que tiene una fuerza sobre un cuerpo suponiendo que éste no se deforma; dicha cantidad de movimiento es el producto de su masa (m) por su velocidad (v). Matemáticamente expresamos la cantidad de movimiento así: p = m × v.

Principio de conservación de la cantidad de movimiento

El impulso mecánico de una fuerza es igual al incremento de la cantidad de movimiento. Como ya vimos en clase, esto deriva de la segunda ley de Newton.